Klimata pārmaiņas būtiski ietekmē NOM saturu un īpašības virszemes ūdeņos, izmantojot dažādus sarežģītus mehānismus, padarot NOM par galveno piesārņotāju dzeramā ūdens attīrīšanā. Augsta-NOM ūdens avotiem parasti ir augsta krāsa un augsts DOC (devas uz laukuma vienību). NOM ne tikai rada krāsas un smakas problēmas ūdenstilpēs, bet arī reaģē ar dezinfekcijas līdzekļiem, veidojot kancerogēnus blakusproduktus.
Tradicionālajiem dzeramā ūdens apstrādes procesiem ir ierobežota NOM noņemšanas efektivitāte, savukārt parastajiem organisko membrānu procesiem ir trūkumi, piemēram, uzņēmība pret piesārņojumu un slikta izturība pret koroziju. Keramikas membrāna kopā ar koagulāciju nodrošina novatorisku, zemu-enerģijas-patēriņu, kompaktu un ļoti stabilu risinājumu augstas -NOM virszemes ūdens attīrīšanai.
Trīs pirmapstrādes metodes: no tradicionālās līdz galējam kompaktumam
Eiropas pētnieku komanda izstrādāja un salīdzināja trīs koagulācijas un flokulācijas pirmapstrādes modeļus, panākot nepārtrauktu procesa plūsmas optimizāciju, vienlaikus nodrošinot ārstēšanas efektivitāti:
1. Tradicionālā divu-tvertņu koagulācija/flokulācija
Kā klasisks apstrādes veids šajā procesā tiek izmantota divu{0}}pakāpju reakcija: ātrās sajaukšanas tvertne un lēnas flokulācijas tvertne. Neapstrādāts ūdens un koagulants tiek rūpīgi sajaukts ātrās sajaukšanas tvertnē pirms ievadīšanas flokulācijas tvertnē, lai pabeigtu floku augšanu ar kopējo hidrauliskās aiztures laiku (HRT) 21 minūti. Šis režīms nodrošina rūpīgu reakciju, bet prasa lielu nospiedumu, un tam ir augstas būvniecības izmaksas.
2. Ātrās sajaukšanas režīms
Šis režīms vienkāršo procesa plūsmu, novēršot lēnas flokulācijas tvertni un saglabājot tikai ātrās sajaukšanas vienību. Koagulants un neapstrādāts ūdens tiek sajaukti un tieši nonāk membrānas modulī, samazinot hidrauliskās aiztures laiku līdz 7 minūtēm. Saglabājot pamata ārstēšanas efektivitāti, tas ievērojami vienkāršo iekārtu konfigurāciju.
3. Tiešsaistes cauruļveida flokulācijas režīms
Šis ir inovatīvākais kompaktais risinājums šajā pētījumā. Procesa plūsma ir šāda: neapstrādāts ūdens + koagulants → membrānas padeves sūkņa sajaukšana → cauruļveida flokulants → keramikas membrāna → permeāts. Visā procesā nav reakcijas tvertnes; sajaukšana un flokulācija tiek pabeigta pa cauruļvadiem. Hidrauliskās aiztures laiks (HRT) ir tikai 45 sekundes, un G-vērtība tiek kontrolēta pie 330 s⁻¹. Tam ir mazākais nospiedums starp trim režīmiem.
Pamatparametri: Keramikas membrānas aparatūras atbalsts
Eksperimentā tika izmantota keramikas membrāna, kas, pateicoties neorganiskā materiāla ķīmiskās izturības un augstas mehāniskās izturības īpašībām, kļuva par aparatūras pamatatbalstu stabilai procesa darbībai.
Eksperimenta rezultāti: augsta{0}}efektivitātes noņemšana + zema- piesārņojuma dubultā priekšrocība
Pētījumā tika izmantoti DOC, krāsa un UV₂₅4 kā NOM novērtēšanas indikatori un transmembrānas spiediena starpība (TMP) kā membrānas piesārņojuma novērtēšanas indikators, optimizējot koagulantu veidu, devu un pH vērtību.
Eksperimentā tika salīdzināts polialumīnija hlorīds un dzelzs hlorīds, un rezultāti bija diezgan izglītojoši:
DOC noņemšana:
Alumīnija sāļi sasniedza 50–85% atdalīšanas ātrumu pie pH 5,5, palielinoties devai.
Dzelzs sāļi sasniedza maksimālo atdalīšanas ātrumu 87% pie pH 4,5 un 10 mg/l.
Krāsu noņemšana:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Dzelzs sāļi tika optimāli noņemti pie pH 5,0, pieprasot 6... Lai sasniegtu līdzvērtīgus rezultātus, nepieciešama koncentrācija virs mg/L.
Galvenais pētījuma secinājums ir tāds, ka vairāk koagulantu ne vienmēr ir labāks.
Pie 2 mg/l alumīnija sāls: nepietiekama lādiņa neitralizācija, nelieli flokuli un viegla membrānas poru aizsērēšana.
Pie 5 mg/l alumīnija sāls: var notikt lādiņa restabilizācija vai membrānas virsmas slodze var būt pārāk augsta.
Pie 3 mg/l alumīnija sāls: membrānas piesārņojums ir vismazākais, un darbība ir visstabilākā.
Tas nozīmē, ka devas optimizēšana ir svarīgāka nekā akli tās palielināšana.
Attiecībā uz membrānas piesārņojumu tai ir ārkārtīgi spēcīga stabilitāte ar ļoti zemu neatgriezenisku membrānas piesārņojumu. Lietojot alumīnija sāls devu 3 mg Al/L, membrānas piesārņojuma ātrums sasniedz optimālo līmeni, ar vienu -cikla spiediena pieaugumu tikai par aptuveni 40 mbar. Apvienojumā ar regulāru atpakaļmazgāšanu var nodrošināt ilgstošu-stabilu darbību.
Ir vērts atzīmēt, ka atlikuma metālu koncentrācija notekūdeņos ir galvenais procesa darbības ierobežojošais rādītājs. Optimālajā pH diapazonā no 4,5 līdz 5,5 NOM noņemšanai alumīnija un dzelzs atlikuma koncentrācija viegli pārsniedz 150 ug/l (alumīnija ierobežojumi “Dzeramā ūdens kvalitātes standarti GB5749-2022” ir 200 ug/L un dzelzs – 300 ug/L). Praktiskajā inženierijā nepieciešams sabalansēt pH vērtību un koagulantu devu, ņemot vērā gan izvadīšanas efektivitāti, gan notekūdeņu drošību.
Vēlamā iespēja ir tiešsaistes cauruļveida flokulācijas režīms
Salīdzinot trīs pirmapstrādes režīmus, atklājās:
Gan krāsu, gan DOC noņemšanas rādītāji bija aptuveni 80%, ar nenozīmīgām atšķirībām.
Neatgriezeniskas membrānas aizsērēšanas ātrums bija līdzīgs (0,06–0,10 mbar/h).
Notekūdeņu duļķainība pastāvīgi saglabājās zem 0,1 NTU.
Trīs režīmi neuzrādīja būtiskas atšķirības NOM noņemšanas efektivitātē, taču tiešsaistes cauruļveida flokulācijas režīms ar īpaši īsu hidraulisko aiztures laiku (45 sekundes) un minimālisma dizainu bez reakcijas tvertnes kļuva par optimālo izvēli.
Šis pētījums apstiprina, ka koagulācijas-flokulācijas + keramikas membrānas process ir pilnībā piemērojams virszemes ūdens attīrīšanas vajadzībām ar augstu NOM (parasti skābekļa saturu): zema koagulanta deva nodrošina atbilstošu apstrādi; keramikas membrāna ir mazgājama un tai ir ilgs kalpošanas laiks; un tā darbības enerģijas patēriņš ir daudz mazāks nekā tradicionālajos procesos. Tiešsaistes cauruļveida flokulācijas režīms pārkāpj tradicionālajiem ūdens attīrīšanas procesiem raksturīgo lielo nospiedumu ierobežojumu, nodrošinot tehnisku atbalstu kompaktu, inteliģentu dzeramā ūdens iekārtu celtniecībai.
Secinājums
Saskaroties ar arvien stingrākiem dzeramā ūdens kvalitātes standartiem un avota ūdens piesārņojuma problēmām, koagulācijas{0}}keramikas membrānas pirmapstrādes process līdzsvaro apstrādes efektivitāti un samazinātas inženiertehniskās izmaksas. Tā galvenās priekšrocības ir augsta-efektivitāte, zems piesārņojums, kompakts dizains un zems enerģijas patēriņš, tas nodrošina jaunu pieeju ūdens iekārtām, kas nodarbojas ar augsta-organiskā-ūdens satura avotiem (piemēram, ūdenskrātuvju ūdeni dienvidos un upju ūdeni ziemeļos).